초록 ▼

□ 연구개요
본 연구의 목표는 복잡한 뇌신경망에서 기억배치를 조절하는 기작을 규명하는 것임.
광유전학 (Optogenetics)을 이용한 시냅스 프라이밍 (Priming), LTD (Long-Term Depression), LTP (Long-Term Potentiation) 기술을 이용해서 시냅스 강화가 일어나는 뉴런에 경쟁적으로 기억이 인코딩되는 원리를 최초로 규명함. 또한, 학습 후 재활성화 (Reactivation)가 기억배치에 중요한 기능이 있음을 규명함.

□ 연구 목표대비 연구결과
연구목표 1.

□ 연구개요
본 연구의 목표는 복잡한 뇌신경망에서 기억배치를 조절하는 기작을 규명하는 것임.
광유전학 (Optogenetics)을 이용한 시냅스 프라이밍 (Priming), LTD (Long-Term Depression), LTP (Long-Term Potentiation) 기술을 이용해서 시냅스 강화가 일어나는 뉴런에 경쟁적으로 기억이 인코딩되는 원리를 최초로 규명함. 또한, 학습 후 재활성화 (Reactivation)가 기억배치에 중요한 기능이 있음을 규명함.

□ 연구 목표대비 연구결과
연구목표 1. 시냅스 기억배치 기작 규명
- 광유전학을 이용해서 원래는 학습에 의해 LTP가 일어나지 않는 시냅스를 priming을 통해 LTP가 일어나게 했을 때 그 시냅스에 기억이 선택적으로 인코딩됨을 확인함.
- 학습 직후 이 시냅스에 LTD를 일으킬 수 있는 자극을 전달했을 때 인코딩이 취소됨을 규명함.
- 반대로, priming없이 학습 직후 이 시냅스에 LTP를 일으킬 수 있는 자극을 전달했을 때 이 시냅스에 기억이 선택적으로 인코딩됨을 규명함.
- 이상의 연구 결과는 현재 Nature Communications 저널에 revision 중에 있음.
연구목표 2. 기억 엔그램 형성 조절 신경회로 기작 규명
- Auditory fear conditioning 직후 외측핵 편도체 (lateral amygdala)로 투사하는 conditioned stimulus (CS) input을 광유전학을 이용해서 짧게 (~ 15분) 억제했을때 장기기억 형성이 억제됨을 규명. 흥미롭게도 thalamic input 억제에 의해 recent memory (1 day)가 억제된 반면, cortical input 억제에 의해 remotememory (20 day) 형성이 억제됨. 이 연구결과는 현재 투고 준비 중임.
- 해마 (Hippocampus)로 투사하는 MEC (Medial Entorhinal Cortex) input을 contextual fear conditioning 직후 마찬가지로 광유전학을 이용해서 짧게 억제했을 때 장기기억 형성이 억제됨 규명. 이 연구 결과는 Molecular Brain 저널에 2021년에 발표됨.
연구목표 3. Remote memory 엔그램 조절 기작 규명
- 자연적인 소리대신 광유전학적 자극을 CS로 fear conditioning을 수행함. 이 CS input에 공포 기억이 인코딩 되지만 20일이 지난 후에 더 이상 이 CS input에 기억이 인코딩되지 않음을 확인함. 하지만, 흥미롭게도 하루 후에 CS를 통해 기억이 재활성화 되면 20일 후에도 기억 인코딩이 CS input에 그대로 유지됨을 규명함.
- 이와 마찬가지로 CS input에 형성된 LTP도 재활성화에 의해 유지됨을 규명함.
- 해마가 cued fear memory의 remote memory formation에 필수적임을 규명했음.이 연구 결과는 Molecular Brain 저널에 2020년에 발표됨.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
- 신경과학 미해결 난제 중 하나인 기억을 인코딩하는 뉴런들이 결정되는 원리를 해결하는데 크게 기여하는 학문적으로 중요한 연구 결과 창출.
- 기억위치 발견, 추적 및 예측을 기반으로 기억제거 또는 상실된 기억의 복원 같은 꿈의 기억제어 미래생명의학기술 개발에 크게 기여.
- 치매 뇌질환, 노화, 스트레스 등 다양한 원인에 의해 야기되는 기억장애, 상실의 원인을 규명하고 치유할 수 있는 새로운 개념의 혁신적 바이오신기술 개발.
- 인간기억방식을 구현하는 neuromorphic chip 개발, 그리고 이를 통한 진보된 인공지능 컴퓨터 개발과 같은 공학적 응용을 가능하게 함으로써 우리 삶에 광범위하게 막대한 영향을 줄 수 있는 중요한 잠재적 가치를 가지고 있음.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• ○ 최종 연구목표 ... 4
• ○ 연구의 필요성 ... 4
• ○ 세부연구목표 및 범위 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• • 연구목표 1: 시냅스 기억배치 기작 규명 ... 5
• • 연구목표 2: 기억 엔그램 형성 조절 신경회로 기작 규명 ... 8
• • 연구목표 3: 리모트 기억 (remote memory) 엔그램 조절 기작 규명 ... 11
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 14
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 14
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 3) 목표 달성 수준 ... 16
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 17
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 17
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 17
• 6. 참고문헌 ... 17
• 붙임1 세부 정량적 연구개발성과 ... 18
• 붙임2 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 20
• 끝페이지 ... 28